主题：[科普]漫谈小行星（根据n久以前出版的《小行星趣谈》改写） -- 多嘴的江南

4、证人天王星

“提丢斯-波得定则”提出之后，虽然有很多支持者，但是反对者的力量似乎更强大，甚至连大哲学家黑格尔都加入了战团。

1801年，31岁的黑格尔写了一篇名叫《论行星轨道》的论文。他在论文中说道，要在火星和木星之间发现行星，完全是白费力气。黑格尔甚至还提出了古希腊毕达哥拉斯学派的一个数列来反驳提丢斯，这个数列是“1，2，3，4，9，16……”，他认为如果这个数列更符合行星轨道的规律，那么第四、五个数之间本来就应该有个巨大的间隔，而不是什么空缺。

事实上，黑格尔的这篇论文发表时，不但天王星已经被发现了20年，甚至连发现谷神星的各种报道都已经在天文学界传布开了，可是黑格尔似乎完全都不知道这些事情。直到1817年，黑格尔才在《哲学全书》的自然哲学部分有关物理的一章中作了一点儿“自我批评”，他写道：“迄今为止，天文学还没有发现真正的规律，更没有什么合乎理性的东西，——我在一篇早期论文中对这方面所作的探讨，我不再认为令人满意了”。有意思的是，黑格尔似乎并不怎么真心的认错，即使是这样的修正，也只能在《哲学全书》的初版中才能找到。

正当正反双方围绕着定则争论不休的时候，在英国传来了对正方有利的好消息，有人在土星之外发现了第七颗大行星——天王星。

发现天王星的并不是什么有名的天文学家，而只不过是一个从德国流浪到英国的贫穷钢琴师，他就是威廉·赫歇尔(William Herschel，1738-1822)。

1738年，赫歇尔出生于德国的汉诺威。有意思的是，他与望远镜、天文学的不解之缘竟得益于音乐。他的父亲也是一位双簧管手。赫歇尔4岁即从父学习小提琴，稍大又学吹双簧管。父亲用的乐理教材中有史密斯的《和声学》。根据该书提供的线索，赫歇尔找到了史密斯的另一专著《完整的光学系统》，于是他很早就掌握了望远镜的基础知识。而且他的父亲也喜爱天文，在夜晚教授子女音乐之余，常趁兴指点他们认识星空，这些都让赫歇尔对天文学的兴趣与日俱增。子承父业，16岁时赫歇尔为减轻家庭负担被迫辍学，进军乐团吹起了双簧管。但是1756年，英法间爆发了“七年战争”，普鲁士站在英国一边，结果法国人占领了赫歇尔的家乡。赫歇尔为了躲避战争之苦，不得不远渡重洋去了英国，加入了英国的皇家乐队。

但是生活的困苦并没有让赫歇尔对天文学失去兴趣，从33岁起，他用省吃俭用节省下来的一点点钱租了一架很小的天文望远镜，开始了对星空的探索。没过多久，这架小望远镜就满足不了赫歇尔了，但是他的生活本来就已经很艰难，还要养活自己的妹妹，根本没有钱再去租更好的望远镜，他于是决定自己制作天文望远镜。

1774年3月，在妹妹卡洛琳的协助下，赫歇尔自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生了。其口径约为12.7厘米，焦距约为1.7米；为减少失光，他省去了牛顿式平面副镜，这种设计后来被称为赫歇尔式望远镜。赫歇尔堪称望远镜制作大师，他一生中一共磨出了几百块可作为望远镜的镜头，其中最大的一块直径达到了122厘米，已经是当时世界上最好的望远镜镜头了！

1781年，赫歇尔用自己制造的口径6.5英寸、焦距2.1米的望远镜进行巡天观测，他当时的目的只是统计恒星。3月13日晚上，正当他一颗颗默默地计数着视场中的稠密恒星时，忽然，在双子座附近区域，他仿佛看到了一个略带暗绿色的小小圆面。赫歇尔心中一动，马上把227倍的目镜换成了460倍的，果然，这个圆面又大了不少，这肯定是一个太阳系内的天体！因为对于恒星来说，再大的望远镜也只能让它们更明亮一些，而不可能放大成圆面。第二天傍晚，赫歇尔就早早的守在望远镜旁了，果然，这个圆面的位置已经稍稍有了变动。接下来连续几晚的观察让赫歇尔肯定了自己的结论，但是为了慎重起见，4月26日他向英国皇家学院提出的报告只是说他发现了一颗彗星。

但是这颗“彗星”并没有毛茸茸的尾巴，而且它的轨道跟任何彗星都不一样，计算出来的结果表明，它的轨道是典型的行星轨道，偏心率只有0.051，比火星还小近一倍，轨道倾角也不到1度。但是最让人惊讶的是，它几乎比土星还远一倍，与太阳的平均距离为19.18，如果扩大十倍，就与提丢斯-波得定则规定的下面一个数字4+192=196相差无几！

天王星的发现让赫歇尔一举成名，他得到了乔治三世的奖赏，成为了英国皇家天文学家，从此他不再以音乐为主业，而是专心投入到对天文学的研究。接下来他的成果无数，1782年，编制成了第一个双星表，还发现了多数双星不是表面上的“光学双星”，而是真正的“物理双星”；1783年，他发现了太阳的自行，他算出的太阳运动方向和现代测量数据相差不到10度；1786、1789、1802年，他先后三次出版星团、星云表，记录了2500个星云和星团。事实上，赫歇尔最重大的贡献，莫过于对银河系结构的研究，他第一个确定了银河系形状大小和星数，他是恒星天文学的创始人，后来被称为恒星天文学之父。

天王星给提丢斯-波得定则的支持者打了一剂强心针，既然天王星也符合定则，如果定则是杜撰的，天王星怎么会这么准确的吻合定则呢？

这下子反对者们没话说了，看来定则是对的，可是，与“4+24=28”对应的那颗离太阳2.8天文单位的行星躲到哪里去了？

• [科普]漫谈小行星（根据n久以前出版的《小行星趣谈》改写）

卡罗林赫歇尔是威廉赫歇尔-天王星发现者的妹妹。1750年3月16日出生于汉诺威一个有十个孩子的家庭，其中四个孩子早早就夭折了。他们的父亲伊萨克赫歇尔在汉诺威步兵团军乐队中担任双簧管手，后来并成为其乐队长。伊萨克自己没有受过什么正规的教育，但是他对音乐哲学和天文学有浓厚的兴趣，并尽其所能地对他剩下的四个儿子和两个女儿进行了教育。他们的母亲安娜是个读书无用论者，一向反对伊萨克花费时间让孩子们学那些没用的东西。在伊萨克的坚持下，安娜勉强同意了让男孩子们进行一些学习，但尽管小卡罗林显示了对学习的浓厚兴趣，她依旧反对让女孩子们从事家务劳动之外的任何活动。

许多年之后，卡罗林还清清楚楚地记得一次父亲在夜里带她出去看那些美丽的星座，看那颗漂亮的彗星。在卡罗林的童年生活里，这大概是为数不多的快乐时光了。

卡罗林七岁的时候，厄运来临。伊萨克随军队转战离开了家，安娜便控制了卡罗林的全部生活。无数繁重的家务劳动占去了卡罗林的全部时间。三年之后，伊萨克回到了家，但是健康状况已很差了。又过了七年，伊萨克终于去世。这一年卡罗林十七岁。

卡罗林一直和哥哥威廉感情很好。在她五岁的时候，哥哥威廉随军队去了英国。伊萨克去世的前一年，威廉在英国谋到了一个管风琴师的职位，安定下来。又过了六年，卡罗林终于不顾安娜的强烈反对，前往英国投奔威廉，其理由是照顾威廉的日常生活。这一年卡罗林二十二岁，威廉三十四岁。卡罗林终于脱出了牢笼。

在闲暇时间，威廉开始教卡罗林声乐，同时也教给她一些数学和天文学。有趣的是尽管本身是个成功的音乐家，威廉近年来对天文学却越来越感兴趣。卡罗林很快显示了惊人的天才，她不但成为了一个小有名气的歌手，而且迅速掌握了数学和天文学。在照顾威廉生活的同时，她成为了威廉的研究助手，发挥着越来越大的作用。

1781年天王星的发现改变了他们的生活。各种荣誉接踵而来。英王乔治二世给威廉提供了一笔二百英镑的年金，虽不算丰厚，却足够威廉从此专心从事他的天文学研究了。卡罗林也从此放弃了她的音乐事业，更进一步地踏入了天文学的领域。

1785年，他们搬到了温莎附近的一个破旧的农场。威廉给了卡罗林一架小望远镜，这样她可以做些她自己的观测研究。卡罗林选择了彗星巡天，无疑幼时的美丽记忆对她有极深刻的影响。

（待续）

再请教一下：有人知道在哪里可以找到霍伊尔的科幻小说《第五行星》（1963）？我记得故事大概是这样的：

银河帝国造反失败的一伙叛匪，被帝国军队追杀到了遥远边疆的一个带着行星系统的不起眼的恒星附近。

他们发现，这个恒星的第五行星的环境温度非常类似他们的家乡。於是他们就在第五行星上。。。布下一些蛛丝马迹的伪装。之后，他们来到第三行星上躲藏起来。

帝国军队赶来，很快就发现了第五行星上的蛛丝马迹。开火！第五行星在强大火力中支离破碎，土崩瓦解。

帝国军队完成了剿匪计划，永远离开了这个荒凉偏僻的地方。幸存下来的叛匪们却从此就留在了那个蓝色的第三行星，开荒种地，纺线织布，生儿育女，传宗接代。。。

5、皮亚齐无意之中的发现

这个失踪的行星到底在哪里呢？从提丢斯-波得定则可以知道，它住在“28”号门，它的轨道也一定不会像彗星那样扁长，而且应当在黄道附近，自西向东公转，根据这些线索，是不是能够找到它呢？

波得首先给一些天文学家写了信，呼吁大家合作，在黄道区域一起来搜索这个行星。1796年，法国天文学家特拉朗脱正式提出建议：把整个360度的黄道带分成24个区，请24个天文学家分工负责。1800年，在波得的老家德国，欧内斯汀天文台台长冯·赞奇男爵和其他6个天文学家在科林特尔天文台成立了一个“天空巡警队”，他们的任务就是在黄道十二宫附近用望远镜执行“巡视”任务，去寻找失踪行星的踪迹。

尽管波得和特拉朗脱还有“天空刑警队”在天空中布下了“天罗地网”，可是仍然是一无所获。“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，这个失踪的“兄弟”却被一个局外人给找到了。

1801年1月1日新年之夜，从意大利的西西里岛传来了好消息！

西西里岛巴勒莫天文台，台长名叫皮亚齐(Piazzi Giuseppe 1746-1826)，正是他无意之中的一个发现，让他成为了小行星发现史上开创性的人物！

皮亚齐原本是一个修道士，他遵从教廷的命令在米兰、都灵的学院里读书，从而培养了自己对数学和天文学的兴趣。1779年，皮亚齐在罗马成为神学的教授，第二年就到了巴勒莫学院出任高等数学教授，1789年，他在卡拉马尼克 (Caramanico) 王子Vicerory of Sicily的资助下成立了巴勒莫天文台并担任台长。

事实上，法国人曾经邀请过皮亚齐参加寻找新行星的工作，但是他并没有兴趣，很快就忘了这件事。皮亚齐当时正忙着编制一个新的精密星表，因为原来的瓦拉斯星表太粗略了，而且已经被发现有很多明显的错误。皮亚齐为了编制这个新星表，从1792年起已经紧张工作了很多不眠之夜，即使是1801年1月1日这样的新年夜，他也还在工作。

那天晚上，皮亚齐的望远镜正好对准了金牛座。忽然，他发现了一个陌生的星点，亮度大约8等，难道之前的星表会连这样一颗亮星也忘掉么？这颗8等星会不会是一颗新星呢？皮亚齐决定先把情况记下来。第二天，他把望远镜又对准了昨天观察的天区，他发现这个“陌生人”的亮度和形状没有变化，但位置却已经向西走了4角分（即4分，举例来说，月球的视直径就约为30角分，也就是0.5度），虽然这个距离很小，但如果是新星或者超新星的话，就是几年也不会移动1角分。显然，它只能是太阳系内的天体，那么它会不会是颗还没长出尾巴的彗星呢？

皮亚齐决定追踪观测这个天体。开始的几个晚上，它不断的向西而行，但到1月12日晚上，它又不动了，又过了几天，它竟然杀起了“回马枪”，越来越快的向东移动。这显然是行星视运动的典型特征（在天空中从“逆行”到“留”再到“顺行”）。

这下子皮亚齐断定这是一个太阳系内的新天体了，而且极有可能是新的行星。但是他不敢贸然下结论，他更没有伽利略那种玩字谜的兴致，所以他在给波得、特拉朗脱和冯·赞奇的信里都只是说他发现了一颗新彗星。但是他在给自己的一个知心朋友奥林尼的信中说，他最近发现了一颗新的行星。有意思的是，即使这个时候，他也没有把这颗星与那个失踪的“兄弟”挂起钩来。

因为那时的通讯条件，直到2月中旬，波得才收到皮亚齐的信。波得一接到这个发现新“彗星”的报告，马上在星图上研究起来，片刻之后他就断定，皮亚齐发现的正是他多年来寻找的对象——位于火星和木星之间的那个“失踪”的行星。波得马上给皮亚齐回信，要他继续监视这个新行星的动向……

但是来不及了，皮亚齐一直跟踪观测到2月11日，地中海上空的天气突然变坏，而且皮亚齐也因为长期工作的劳累病倒了。等他大病初愈，再想进行观测的时候，这颗新行星已经走到太阳附近，淹没在耀眼的太阳光芒之中了。

麻烦来了，皮亚齐只有从1月1日到2月11日之间共41个观测日的数据，他没有办法算出这个天体的轨道，更算不出它的大小。因为在这段时间里，这个天体在天空中走过的视距离只有大约9度（整个天球被分为360度），要用这9度的轨迹算出整个轨道，这对当时的天文学家来说，是没有办法办到的。

既然算不出新天体的轨道，怎么能证明它就是那个要寻找的行星呢？

• [科普]漫谈小行星（根据n久以前出版的《小行星趣谈》改写）

卡洛琳的贡献决不比她哥哥少，如果她不是女人，恐怕天王星的发现者会变成赫歇尔兄弟罢！

赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔也是鼎鼎大名，不但在天文学上有巨大的贡献，在照相术上的贡献更大。

我几乎没怎么看过科幻小说，小的时候就看过叶永烈写的那些科幻小说（如果算科幻的话），再汗……

拿花砸

周末我出去玩来着，今天就把史前最后一节补完！

6、天才高斯来解围

皮亚齐算不出新天体的轨道，所以没有办法知道它什么时候还会再出现，这样一来，恐怕这个新天体会得而复失，万一再也找不到它了，那就是大麻烦了！

就在天文学家们束手无策的时候，救星来了！这个“及时雨”正是后来大名鼎鼎的数学家高斯(Gauss,Carl Friedrich,1777-1855)。

高斯1777年4月30日生于不伦瑞克的一个工匠家庭，小时候他的家里很穷，但他聪慧异常，三岁时就能指出父亲帐册上的错误了。十岁时，他的数学老师考了那道著名的“从一加到一百”的算术题，高斯的答案让老师知道自己的能力不足以教授高斯，于是老师就从汉堡买了一本较深的数学书让高斯学习，从此高斯开始了他精彩的数学人生。1795年高斯进入哥廷根大学学习，第二年19岁时他发现了正十七边形的尺规作图法，并给出了可用尺规作出的正多边形的条件，解决了自从欧几里得以来一直悬而未决的问题。高斯用代数的方法解决了二千多年来的几何难题，他也视此为生平得意之作，还交待要把正十七边形刻在他的墓碑上，但后来他的墓碑上并没有刻上十七边形，而是十七角星，因为负责刻碑的雕刻家认为，正十七边形和圆太像了，大家一定分辨不出来。

1801年，高斯24岁的时候开始进行天文研究，天才就是天才，他在天文学的领域第一次出手就给当时正为皮亚齐发现的新天体焦头烂额的天文学家们帮了大忙！

高斯得知皮亚齐遇到的难题后，很快就创建出一种只有三次观测记录资料就能确定行星轨道的新方法，这个方法——他当时并没有公布——就是“最小平方法”(Method of Least Square)。

皮亚齐有41天的观测资料，因此高斯可以把新天体的轨道算得很准确。他很快公布了自己的计算结果，即新天体的六个轨道要素（确定一个天体的轨道需要6个独立的量值，天文学中称作轨道要素）：它的轨道是个椭圆，其半长径（即离太阳的平均距离）为2.77天文单位，绕太阳的公转周期为1680天（即4.6年），轨道的偏心率为0.08（比火星还小），轨道与黄道面的交角为11度（比水星稍大）等等。

根据高斯计算之后预报的位置，1801年12月7日，冯·赞奇首先找到了那个失踪的新天体。1802年新年夜，距离皮亚齐第一次看到它整整一年的时间，皮亚齐和“天空巡警队”的另一个成员医生奥伯斯(Olbers，Heinrich Wilhelm Matthaüs，1758-1840)也分别看到了它的踪迹。（关于奥伯斯的事迹，下文还会重点介绍）

新行星终于找回来了，这回谁都不怀疑了，皮亚齐发现的这个行星正好在火星与木星轨道之间，与提丢斯-波得定则规定的位置2.8天文单位仅仅相差1%，公转周期与波得曾经预测的4.5年也相差不到1个月。皮亚齐根据天文学上以神话中的人物命名行星的惯例，巧妙地把新行星命名为“谷神星”(Cere)，这是西西里岛的农业守护神。

新行星给五十五岁的皮亚齐带来了巨大的荣誉，他被推荐为那不勒斯皇家学会会员，一下子成了大名。而在新行星被发现后获利最多的居然是商人们，他们把穿着波旁王朝服装的皮亚齐头像印到各种装饰品、纪念品上，不少人发了大财。

皮亚齐并没有沉迷在荣誉之中，他仍然继续为编制那份新的星表默默苦干，一直到1813年，终于编制完成。这个包含有7646颗恒星的精密星表几乎花掉了他大半生的心血，1826年皮亚齐就与世长辞了。

谷神星的发现让不少天文学家很高兴，但是仍然有人提出了不同的意见。德国“天空巡警队”就认为，谷神星的亮度只有7、8等，也就是只有木星亮度的千分之一左右，而由于它冲日时到地球的距离，只有木星与地球最近距离时的2.5分之一，这样算起来，谷神星的直径只有几百公里，作为行星实在是太小了。“天空巡警队”觉得或许火星与木星之间的“真正的行星”尚未露面，于是他们开始继续对天空的“巡逻”……

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